[論文レビュー] Implications of low and high energy measurements on SUSY models

F. Jegerlehner|arXiv (Cornell University)|Mar 5, 2012

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 2被引用数 33

ひとこと要約

本稿は、低エネルギーの精度測定、特にミュオンの異常磁気モーメント $(g-2)_\mu$ とLHCによる超対称性（SUSY）粒子質量に対する制約との間の矛盾を調査する。125 GeVのヒッグス粒子がSUSYを支持する一方で、$(g-2)_\mu$の異常を説明するために必要な大きな $\tan\beta$ が、LHCのデータと矛盾することから、新しい物理や理論的計算の改善がなければ、最小限のSUSYモデルの妥当性は脅かされる。

ABSTRACT

New Physics searches at the LHC have increased significantly lower bounds on unknown particle masses. This increases quite dramatically the tension in the interpretation of the data: low energy precision data which are predicted accurately by the SM (LEP observables like M_W or loop induced rare processes like B --> X_s gamma or B_s --> mu+mu-) and quantities exhibiting an observed discrepancy between SM theory and experiment, most significantly found for the muon g-2, seem to be in conflict now. (g-2)_mu appears to be the most precisely understood observable which at the same time reveals a 3-4 sigma deviation between theory and experiment and thus requires a significant new physics contribution. The hints for a Higgs of mass about 125 GeV, which is precisely what SUSY extensions of the SM predict, seem to provide a strong indication for SUSY. At the same time it brings into serious trouble the interpretation of the (g-2)_mu deviation as a SUSY contribution.

研究の動機と目的

• 最小超対称標準模型（MSSM）の予測が、低エネルギーの精度データと高エネルギーのLHC制約の両者と整合するかどうかを評価すること。
• 観測されたミュオン$(g-2)$の3–4σのずれが、大きな$\tan\beta$を必要としない限り、MSSMの寄与では容易に説明できない理由を調査すること。
• 125 GeVのヒッグス粒子の発見が、$(g-2)_\mu$とLHCの質量制約との矛盾にもかかわらずSUSYを支持するかどうかを評価すること。
• 将来の実験、例えばフェルミラブE989がミュオン異常を解消し、$\mu$ や $\tan\beta$ などのSUSYパラメータを制約する役割を検討すること。
• 特にQEDにおける赤外発散の影響に関して、$a_\mu$の理論的計算と実験的測定の背後にある仮定を疑問視すること。

提案手法

• MSSMの枠組み内で$M_W$、$B \to X_s\gamma$、$B_s \to \mu^+\mu^-$、および$a_\mu$を含む低エネルギー観測量を分析する。
• MSSMにおける放射修正を適用してヒッグス粒子質量の予測を評価し、140 GeV未満に自然に位置することを示す。
• MSSMの2ヒッグスダブルレット構造（2HDM）を用いて、精度データから$\tan\beta$および$m_A$の制約を導出する。
• LHCデータがカラーディセクタのスパーティクル質量の上限に与える影響を評価し、それらが非カラーディセクタの寄与に与える影響を検討する。
• ゲージ統一とR粒子数保存がMSSMパラメータ空間を制約する役割を検討する。
• 特にミュオンの運動方程式における放射場の無視が原因となる、$a_\mu$の計算における理論的不確実性をレビューし、QEDの高次の項における影響を議論する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 3–4σのミュオン異常磁気モーメントのずれは、不自然に大きな$\tan\beta$を必要とせずにMSSM内で一貫して説明可能か？
• RQ2 スパーティクル質量に関するLHCの制約が、$(g-2)_\mu$異常を説明するMSSMのシナリオの妥当性にどのように影響するか？
• RQ3 $(g-2)_\mu$とLHCデータとの矛盾にもかかわらず、125 GeVのヒッグス粒子の発見がMSSMをどの程度支持するか？
• RQ4 QEDにおける赤外問題が$a_\mu$の高精度測定に与える影響は何か？ また、これは観測された異常を解釈する上で影響を及ぼす可能性があるか？
• RQ5 フェルミラブE989やJ-PARCのミュオン$g-2$実験といった将来の実験が、$a_\mu$の不一致をどのように解消し、$\tan\beta$や$\mu$を制約するか？

主な発見

• 観測された3–4σのミュオン$(g-2)$のずれは、標準模型（SM）理論と実験の間で顕著な不一致を示す最も精度の高い観測量であり、大幅な新しい物理の寄与を必要としている。
• 125 GeV付近のヒッグス粒子質量はMSSMによって強く予測されており、SUSYの強い間接的証拠を提供するが、これはミュオン$g-2$異常を説明するために大きな$\tan\beta$を必要とすることと矛盾する。
• 観測されたずれに一致させるために、$a_\mu$に顕著な負の寄与を生成するため、大きな$\tan\beta$が要求されるが、このような値は第3世代のスパーティクルに対するLHCの制約によりますます否定的である。
• $\tan\beta > m_t/m_b \approx 40$という要請は、$y_b > y_t$という逆ヤコビアン階層を意味し、既知のフェルミオン質量の文脈では不自然に思える。
• 将来の実験、例えばフェルミラブE989は、$\delta a_\mu = 16 \times 10^{-11}$の精度を目指しており、中央値が変わらなければ3σの異常は9σにまで高まる可能性がある。
• 特にミュオンの力学的運動方程式における放射場の無視が原因となる、$a_\mu$の計算における理論的不確実性は、実験結果の解釈に影響を及ぼす可能性があり、QEDの高次の項におけるさらなる検討が求められる。